光の性質

1．光の性質（波動性・粒子性）

光とは、電磁波の一種です。電磁波とは、電場と磁場の振動によって伝わる波のことです。
光には、以下の三つの基本的な性質があります。
①直進性
②反射性
③屈折性

一つ目は、「直進性」です。光は、媒質が均一な場合、真っ直ぐに進む性質があります。光が直進性を持っているため、私たちは遠くの物体を見ることができます。
二つ目は、「反射性」です。光が物体に当たると、その物体の表面から跳ね返る性質があります。この性質は、鏡や自動車のヘッドライトなどの反射を利用した製品に応用されています。
三つ目は、「屈折性」です。光が媒質の境界面を通過するときに、進む方向が曲がる性質があります。この性質は、レンズやプリズムなどの屈折を利用した製品に応用されています。

その他にも、光には、「透過」「干渉」「回折」「散乱」など、たくさんの性質があります。以下のページもご参照ください。
・光の反射・光の透過とは
・光の屈折・干渉・回折・散乱とは

また、光は、上記のような「波」としての性質だけではなく、「粒」としての性質も持っています。波としての光の性質のことを「波動性」、粒としての光の性質のことを「粒子性」と呼びます。
光は、粒としてみると、「光子」と呼ばれる粒の集まりです。光子は、質量がなく、電荷も持たない粒です。光子のエネルギーは、光の振動数に比例し、波長に反比例します。以下に、光子のエネルギーの計算式を示します。
Ｅ＝ｈv＝ｈｃ／λ（E：光子のエネルギー、ｈ：プランク定数、v：光の振動数、ｃ：光の速度、λ：波長）
なお、プランク定数とは、量子力学における重要な基本定数です。2019年9月に、プランク定数は定義定数となり、正確には、6.62607015 × 10^-34 J・s と定義されました。

光は、粒子としての性質も持っていることから、以下のような性質もあります。
・光電効果
・コンプトン散乱

「光電効果」とは、光を物質に照射すると、物質から電子が放出される現象です。光電効果の説明には、光が粒子であるという考えが必要となります。光子は、質量を持たない粒子であり、エネルギーと運動量を持っています。光電効果は、光子が物質の電子にエネルギーを与え、電子が物質から放出されると説明出来ます。

「コンプトン散乱」とは、光子が物質の原子や分子と衝突する際に、その運動量が変化し、波長が変化する現象です。コンプトン散乱の説明には、光子が粒子であるという考えが必要となります。コンプトン散乱では、光子が物質の電子と衝突すると、その運動量が変化します。運動量が変化した光子は、入射方向とは異なる方向に散乱されます。

また、「レーザー」と呼ばれる、光を増幅する装置は、光の粒子としての性質を元に開発された画期的な技術で、さまざまな分野で応用されており、私たちの生活をより豊かにしています。
「レーザー」では、光子が相互作用して、光のエネルギーを増幅する原理が利用されています。